C++中邻接矩阵、邻接表、链式前向星具体用法及讲解

news2024/11/24 20:38:57

图论在提高组中几乎占据半壁江山,而今天要讲的就是如何存储一个图


一.邻接矩阵

  1. 原理

要建立一个图,根本的要素就是边和点

而想要让计算机存储边和点

就需要用到一些数据结构


邻接矩阵是最简单的

他使用了一个二维数组,来表示一个图

假设数组名为map

那么map[i][j]的值就代表i到j的权值

栗子例子:

一个普通的图

注意:一个无向边等于两个有向边,比如1到2权值为1

那么就相当于1->2一条有向边加上2->1一条有向边

一共两条


回归到这个图上

在这里用邻接矩阵的写法就是:

map[1][2]= 3

map[2][1]= 3

map[2][3]= 6

map[3][2]= 6

map[1][3]= 5

map[3][1]= 5

map[5][3]= 2

map[3][5]= 2

map[1][5]= 4

map[5][1]= 4

10条有向边

邻接矩阵原理就是这么简单


代码:

int n,m,vis[100001],mapa[1001][1001],ans=1000000001;
n点 m边 vis点的状态 mapa邻接矩阵二维数组 ans遍历最短距离
int main()
{
    cin>>n>>m;
    int i,j,a,b,c;
    memset(mapa,0x3f,sizeof(mapa));
    
    for(j=0;j<m;j++)
    {
        cin>>a>>b>>c;
        mapa[b][a]=c;//保证单向 
        mapa[a][b]=c;
    }
    vis[1]=1;
    dfs(1,0);
    cout<<ans<<endl;
    return 0;
}
主函数部分
v[i]=1表示这个点已经走过
void dfs(int x,int dis)
{
    int i;
    if(dis>ans)//小剪枝 
        return;
    if(x==n)
    {
        ans=min(ans,dis);
        return;
    }
    for(i=1;i<=n;i++) //不一定向前走,可能绕一下更近 
    if(mapa[x][i]!=0x3f3f3f3f&&vis[i]==0) 
    {
        vis[i]=1;
        dfs(i,dis+mapa[x][i]);
        vis[i]=0;
     } 
}

dfs主体函数,基础

例题:

暑假小马想到小张家里去玩,他们住在不同的城市,这是小马第一次去小张家,小马提前在百度地图上面查找行车路线,输入出发城市和目的城市,百度地图计算出最短路径,请实现百度地图计算最短路径的方法。备注:总共有n个(n<=100)城市,小马家所在城市编号为1,小张家所在城市编号为n,公路为双向车道。
输入
第一行两个整数,分别表示城市数量n和公路数量m。
后面m行表示公路情况,每一行三个整数a,b,c,分别表示从城市a到城市b,两个城市之间的公路路程c公里。

输出
最短路程公里数
样例输入1
5 8
1 2 2
1 5 10
2 3 3
2 5 7
3 1 4
3 4 4
4 5 5
5 3 3
样例输出1
7

纯属的模板

其实这题严格来说是最短路径问题

但用来练习邻接矩阵绝对是不二之选

特点及优劣:

优:实在好理解 简单易懂

劣:除了好理解全是劣势 时间复杂度、空间复杂度等等





二.邻接表

邻接表确实有些复杂,但性能还是不错的

1.原理

以点为单位,记录每个点连接的边

数据结构:vector动态数组,动态数组好处就是不需要预估大小,但是会占一些空间

普通小图

首先:与1连接的边共有两条,链表中大概就是这样:

如果没太看懂

没关系

蒟蒻用铅笔画了一下整个过程

就是把n个点看成n个容器,每个容器往里面扔元素

一个元素含义就是一条边,如:1容器中扔了个2,代表1、2之间有边

每个往里面扔的元素,需要有两个参数

第一:边的目标点,也就是例子中的2

第二:边权值


2.代码

int main()
{
    node t;
    cin>>n>>m;
    int i,j,a,b,c;
    //memset(mapa,0x3f,sizeof(mapa));//初始化
     
    for(j=0;j<m;j++)
    {
        cin>>a>>b>>c;
        t.v=b;
        t.w=c;
        e[a].push_back(t);
        t.v=a;
        t.w=c;
        e[b].push_back(t);
       
    }
    vis[1]=1;
    dfs(1,0);
    cout<<ans<<endl;
    return 0;
}
e代表容器,因为是vector,一个变量就可以扔无数个元素,所以想要每个点都有只需要一维即可
其他变量名称同邻接矩阵
void dfs(int x,int dis)
{
    int i;
    if(dis>=ans)//小剪枝 
        return;
        
    if(x==n)
    {
        ans=min(ans,dis);
        return;
    }
    
    node tt; 
    for(int i=0;i<e[x].size();i++)
    {
        tt=e[x][i];
        if(vis[tt.v]==0)
        {
            vis[tt.v]=1;
            dfs(tt.v,dis+tt.w);
            vis[tt.v]=0;
        }
    } 
}
就是邻接矩阵的处理上改了一些,但优化了很多很多
struct node
{
    int v;
    int w;
};

vector<node> e[105];
自定义部分,vector动态数组

案例依旧是邻接矩阵的1816

3.特点及优劣:

优:解决了时间的问题以及空间的问题

劣:动态数组还是有些差


三。链式前向星

前两个你都不会也没事儿,这个一定要会

1.原理

以边为单位,记录每一条边的目标点,以及权值和下一条边的编号

(1)目标点:还是那个例子1和2之间边权值为3

目标点就为2

(2)权值:不解释了

(2)下一条边的编号:

!!!

链式前向星核心思路来了

链式前向星,顾名思义有链表的成分所在

每条边都有自己的编号

通过编号,层层遍历

还得有一个数组表示以i点为起始点的边的编号

还是画一下

基本思路就是这么个思路,代码也算是比较抽象一些,但懂了之后也很简单


2.代码

int main()
{
    cin>>n>>m;
    int i,j,a,b,c;
 
     
    for(j=0;j<m;j++)
    {
        cin>>a>>b>>c;
        addedge(a,b,c);加边操作,一条无向边等于两条有向边
        addedge(b,a,c);
       
    }
    vis[1]=1;
    dfs(1,0);
    cout<<ans<<endl;
    return 0;
}
void addedge(int u,int v,int w)
{
    cnt++;边的数量
    e[cnt].to=v;目标点初始化
    e[cnt].w=w;权值
    e[cnt].nxt=h[u];下一条边的编号
    h[u]=cnt;以u为起点的边的编号更新
}
struct edge
{
    int to;
    int w;
    int nxt;
}e[300]; 
int cnt;
int h[105];
int n,m,vis[100001],mapa[1001][1001],ans=1000000001;
void dfs(int x,int dis)
{
    int i;
    if(dis>=ans)//小剪枝 
        return;
        
    if(x==n)
    {
        ans=min(ans,dis);
        return;
    }
    
    for(int i=h[x];i>0;i=e[i].nxt)链式前向星遍历方法,h[x]代表以x为起始点的最新的边,只要i还是正数,i作为编号就变成第k条边的下一条边的编号
    {
        int to=e[i].to;
        int w=e[i].w;
        if(vis[to]==0)
        {
            vis[to]=1;
            dfs(to,dis+w);
            vis[to]=0;
        }
    }
    
}

  1. 特点及优劣

优:时间空间双重解决

劣:需要提前知道边的数量,来定义数组,否则就得用邻接表





以上就是本蒟蒻对邻接矩阵,邻接表,链式前向星的理解了

总结:

邻接矩阵基本没用

有边的数量就用链式前向星,否则就邻接表

看了这么多,点个赞再走才是好习惯doge

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